Directeur: Azeddine KOURTA
Contact : Azeddine KOURTA (Directeur)
Tel : 02 38 49 45 13 Fax : 02 38 41 73 83 azeddine.kourta@univ-orleans.fr PRISME, Polytech Orléans 8 rue Léonard de Vinci 45072 Orléans Cedex |
|
La mission du groupement est de fournir des protocoles de contrôle efficaces et pratiques pour améliorer les performances (aérodynamiques, ...) la sécurité et les rendements (consommation, ...) et pour réduire les nuisances (bruit, salissure, ...). Le Groupement de Recherche « Contrôle Des Décollements » s’oriente vers l’analyse fine du décollement, des structures tourbillonnaires et des conséquences qui en découlent sur les performances aérodynamiques et sur les mécanismes des transferts. Il développe ensuite le contrôle pour les améliorer. Toutes les voies d’analyse seront exploitées: calculs, essais, théorie des systèmes dynamiques, contrôle optimal. Des actions transversales pluridisciplinaires spécifiques sont prévues : développement de capteurs, d’actionneurs et réalisation de contrôle en boucle fermée. Des montages expérimentaux bien choisis permettront de tester, de valider et d’améliorer les techniques développées.
Le décollement sur un corps aérodynamique est un phénomène très difficile à prédire compte tenu de sa sensibilité à divers paramètres locaux. Dans les années récentes des progrès sensibles ont été réalisés sur la prédétermination de ce phénomène. Celles-ci ont conduit à l'optimisation de formes des corps placés dans les écoulements pour en garantir les performances. Toutefois un pas supplémentaire doit maintenant être franchi en adoptant une gestion dynamique de ce problème. C'est sous le vocable de contrôle des écoulements qu'on désigne l'ensemble des opérations qui visent, dans notre cas, à éliminer ou à fixer le décollement suivant la propriété désirée.
Les travaux engagés dans ce GDR visent une répercussion des résultats dans les systèmes industriels par une amélioration des performances et des rendements. Il s'agit par exemple de l'augmentation de la portance, de la diminution de la traînée, de l'amélioration des mélanges, de l'amélioration de la stabilité, de l'amélioration des échanges thermiques, de la diminution de la pollution et des bruits, ... . Les retombées des travaux de ce groupement est l'amélioration des performances des véhicules terrestres et aériens, la diminution des nuisances sonores et de la pollution. Il s'agit également de réduire la consommation qui se traduit par une économie d'énergie et par la diminution des émissions de gaz polluant. L'amélioration du confort en est aussi une conséquence directe.
L’objectif du GDR est de promouvoir et de développer des études sur le contrôle des décollements et des structures tourbillonnaires pour optimiser les performances et les mécanismes de transferts. Au vu des résultats obtenus depuis la création du GDR, on a progressé dans la compréhension et le contrôle des écoulements décollés. On a pu tester et optimiser plusieurs techniques d’actionneurs et de capteurs. L’amélioration des performances aérodynamiques et énergétiques atteste de l’utilité des systèmes utilisés. On a également progressé dans le développement et l’utilisation des systèmes réduits et de théories d’optimisation. Mais malheureusement tout n'a pas été résolu. Il faudra maintenant utiliser les études qu’on a mis en place et celles qui émergeront pour poursuivre le développement des moyens et des techniques du contrôle.
Les travaux actuels du GDR vise l’approfondissement et la caractérisation des mécanismes physiques et le perfectionnement des techniques de contrôle et des actionneurs. En ce qui concerne les mécanismes physiques on va analyser finement les zones très proches de l’actionneur en caractérisant les mécanismes prépondérants avec et sans actionnement. Les propriétés des actionneurs aussi bien du point de vue quantités cinématiques qu’énergétiques seront analysées. Pour chaque étude on réalisera un bilan global des actions imposées. Une part importante sera donnée aux équipes travaillant sur les actionneurs avec des technologies non ou partiellement explorées. L’interaction avec les mécaniciens des fluides et les aérodynamiciens sera renforcée. La collaboration pour réaliser un contrôle en boucle fermé (automaticiens,…) sera toujours encouragée. Enfin, il est également souhaité dans cette phase de réaliser un contrôle dans un cas réel. Pour résumer les objectifs scientifiques de ce GDR sont d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques mettant en jeu séparément ou ensemble la mécanique des fluides et les transferts, ensuite rechercher et proposer des moyens et des techniques pour les contrôler tout en répondant aux attentes des industriels et en proposant des améliorations significatives. Les voies expérimentales, numériques et théoriques continueront à être exploitées pour mener ce projet. La nouveauté de ce projet est d’afficher une volonté d’approfondissement des mécanismes physiques relevant de la mécanique des fluides ou des transferts pour une réelle avancée scientifique et technique. Il s’agit également de privilégier le développement des technologies des actionneurs et des capteurs basé sur une interaction forte entre les aspects physique et technologique pour produire des systèmes répondant aux cahiers des charges. Ce GDR doit aboutir à long termes à l’identification des techniques de détection, de manipulation et de contrôle des écoulements tout en spécifiant les matériels et les coûts nécessaires à leurs développements. Des démonstrateurs doivent être réalisés et seront accessibles à la visite. Les gains obtenus doivent être quantifiés en termes de performance et de rendement. On souhaite aboutir également à la constitution de bases de données expérimentales et numériques fiables et disponibles.
Il est important de développer les points suivants :
• Mettre en place des configurations simples (mais représentative des complexités physiques rencontrées dans le secteur aval) sur lesquelles la théorie, l’expérience et le calcul pourront être appliqués. Ainsi plusieurs techniques vont être utilisées et où plusieurs équipes vont pouvoir opérer.
• Définir les critères précurseurs décollements (applicables aux cas réels si possible)
• Déterminer les mécanismes physiques prépandérants de l'état naturel collé ou décollé et les informations nécessaires pour une analyse approfondie
• Analyser finement, dans le cadre du contrôle en boucle ouverte, l’action imposée par l’actionneur. Il faudra mettre en oeuvre les différentes théories de réceptivité et de contrôle optimal permettant d’une part de spécifier les instabilités et les instationnarités inhérentes à l’écoulement et d’autre part de distinguer celles introduites par l’actionneur.Il faudra utiliser dans le même contexte les modèles réduits pour aider à l’optimisation du contrôle et à l’utilisation bénéfique de ses effets.
• Poursuivre des collaborations étroites avec les spécialistes de la technologie des actionneurs qui ont permis aux deux communautés de progresser à la fois dans le développement d’actionneurs adaptés et dans l’amélioration des performances. On s'attachera à poursuivre le développement d’actionneurs en améliorant leur capacité. Les éléments doivent être robustes et agir suffisamment sur l’écoulement. Pour être efficace le contrôle actif doit être appliqué avec un faible niveau d’énergie à l’entrée.
• Développer réellement le contrôle en boucle fermée, en mettant en place en plus de l’actionneur un capteur et une boucle de contrôle. Il faudra choisir le type de paramètre qui va mesurer l’efficacité du contrôle et par conséquent mettre en place ou développer des capteurs efficaces. Ensuite, il faudra mettre en place la boucle de contrôle et la fonction de transfert équivalente.
Ce groupement est composé de chercheurs de plusieurs laboratoires du CNRS et des universités, dont une large partie a oeuvré dans l'ancien GDR « Mécanique des Fluides Active » et qui se trouve aujourd'hui renforcée par des compétences nouvelles. Ce projet est également soutenu par les chercheurs de l'ONERA travaillant dans le même domaine. Il s'agit d'un projet CNRS-ONERA lié à l'action interne de l'ONERA sur le sujet (PRF "Contrôle Actif des Ecoulements"). Cette demande est également motivée par l'intérêt manifesté par les industriels (Dassault-Aviation, PSA, Renault, SNECMA, ...) qui estiment indispensable une telle action pour la compréhension et l'amélioration des systèmes industriels.
Laboratoires dont les équipes sont impliquées au GDR :
ONERA, Départements impliqués :
Industriels impliqués :
Le GDR a démarré en Janvier 2002, mais une journée sur les capteurs et les actionneurs a été réalisée auparavant (le 23 octobre 2001) et a permis de mesurer l'avancement dans ce domaine et les capacités de ces différentes technologies à contrôler les écoulements auxquels on s'intéresse.
Parmi les études réalisées, l'étude expérimentale sur le corps de Ahmed menée à l'IMFT dans le cadre de la thèse de Vincent Drouin (Direction de la Recherche de Renault et IMFT). Sur une maquette où la lunette arrière a une inclinaison de 25°, des mesures par PIV et par balance aérodynamique des forces et des moments ont été également réalisées. Par la suite le contrôle a été entamé. Cette étude expérimentale est complétée par une expérimentation en canal hydraulique au LEA-Poitiers sur le corps de Ahmed. On a ainsi fait des mesures par PIV et réalisée des visualisations de l'écoulement non-contrôlé et contrôlé. Au LEA Poitiers on développe également des actionneurs électrofluidodynamiques. Toujours dans le domaine expérimental du contrôle des écoulements d'arrière corps, il faut signaler les travaux sur le contrôle des écoulements sur une marche descendante dans le cadre d'une bourse CIFRE (PSA Peugeot- Citroën et ESPCI). Pour les études numériques dans ce projet (Corps de Ahmed) signalons les calculs bidimensionnels démarrés au laboratoire de Mathématique de Bordeaux. A ceci il faut ajouter les calculs sur une marche descendante et sur une cavité, réalisés à l'IMFT dans le cadre de la thèse de Eric Vitale. Ces travaux visent l'analyse des interactions aéroacoustiques et leurs contrôles. L'Ecole Centrale de Nantes (l'équipe de Michel Visonneau) s'interesse à l'étude de la modélisation de la turbulence appliquée au corps de Ahmed. Il faut également leur ajouté les calculs réalisés par la direction de Recherche de Renault avec un modèle basé sur les gaz sur réseau (code Power Flow).
La réflexion au sein de GDR a conclu à la grande complexité de l’écoulement sur le corps de Ahmed. Il y a une forte interaction entre les décollements de l’avant avec ceux de la lunette arrière. Il a ainsi été décidé de définir une géométrie plus simple se concentrant sur les décollements à l’arrière. Cette concertation a conduit à une géométrie d’un dièdre d’envergure finie. Le LEA Poitiers a construit des maquettes avec des lunettes arrières d’inclinaison 25° et 35°. Les visualisations de l’écoulement dans le canal hydraulique, montrent clairement la représentativité de cet écoulement vis à vis de ce qui se passe à l’arrière d’une voiture. Les calculs bidimensionnels et tridimensionnels menés à l’IMFT confirment ces résultats. A l’IMFT on a aussi construit deux maquettes qui sont actuellement exploitées à la soufflerie S1.
Pour le projet profil, la thèse CIFRE (Dassault-Aviation et IMFT) de Gabriel Petit s'intéresse au contrôle du décollement de bord d'attaque en écoulement subsonique lorsque le profil est à forte incidence. Après avoir bien caractérisé l'écoulement, un contrôle par jet synthétique a été étudié. Une étude paramétrique a ainsi été menée. Des gains de portance de 15 à 20% ont été obtenus. D'autres laboratoires mènent des calculs sur cette configuration. Il s'agit notamment de l'Ecole Centrale de Nantes (l'équipe de Michel Visonneau) qui teste différents modèle statistiques de turbulence, le LIMSI qui fait de la Simulation de Grandes Echelles (Stéphanie Pellerin). La partie expérimentale liée à ce projet a démarré. Il s'agit de deux montages l'un réalisé à l'IMFT et l'autre dans le cadre d'une bourse CIFRE (LEA Poitiers, Dassault-Aviation et SNECMA) au LEA Poitiers. Au LEA on a fait des mesures de pesées sans contrôle et des visualisations pariétales en transition naturelle ou provoquée. Des tentatives de contrôle avec microjets ont été réalisées. Des améliorations ont pu être obtenues.
A ces travaux il faut ajouter ceux menés sur un cylindre au LIMSI, ceux menés au LEMTA Nancy sur la POD pour l’optimisation du contrôle et ceux menés à l’ENSAM Paris sur l’optimisation de paramètres de contrôle actif d’un écoulement décollé par un algorithme générique multi-objectifs.
Parallèlement à ces actions, des travaux sont menés à l’ONERA. On peut citer parmis ces travaux : la simulation des grandes échelles de l’interaction d’un jet synthétique avec une couche limite attachée, Simulation numérique d’un « Vortex Generator » sur un profil en écoulement transsonique (ONERA/DAAP), contrôle actif du buffet (ONERA/DSNA)
Concernant le diffuseur une réflexion est en cours pour bien définir une configuration optimale. Auparavant des études ont été menées sur le diffuseur notamment au LMFA concernant la partie expérimentale et au CERFACS-IMFT pour la partie numérique. Il est bien évident que pour avancer sur le contrôle et l'optimisation des performances, la manipulation des écoulements est primordiale mais celle-ci passe par l'utilisation d'actionneurs et de capteurs adaptés. Aussi des études sur ces derniers sont menées en parallèles. On peut citer les travaux menés au LPMO Besançon en collaboration avec Dassault qui visent le développement d'actionneurs capables de modifier le décollement sur une aile voir le supprimer. Les actionneurs pièzo- électriques utilisés pour agir sur les stries d'une couche limite d'une plaque plane qui sont développés dans le cadre d'une collaboration entre EMT2-IMFT et LEEI-ENSEEIHT. Il s’agit également des microvalves magnétostatiques et magnétostrictives développées par le LEMAC/IEMN-LML pour les applications ONERA, Dassault, MBDA et SNECMA. Ces actionneurs agissent à l'amont du décollement. D'autres actionneurs et capteurs sont en cours d'application ou sont en cours de développement.
- MacCormick (rampe, jet synthétique)